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工業(yè)燃氣和鍋爐燃燒器系統(tǒng)發(fā)展歷程
文章來源：中國鍋爐與鍋爐水處理協(xié)會 編輯：華道顧問
從20世紀60年代和70年代最基礎(chǔ)的燃燒器到今天更現(xiàn)代化、更高效的低NOx燃燒器，鍋爐行業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化。盡管多年來燃燒器設(shè)計發(fā)生了變化，即使采用了新的鍋爐技術(shù)，但實現(xiàn)其最大效率和安全性仍然是設(shè)計要素的關(guān)鍵。另一個重大變化的領(lǐng)域在于調(diào)風(fēng)燃燒器的使用。 什么是調(diào)風(fēng)燃燒器？ 在工業(yè)鍋爐系統(tǒng)中，工廠服務(wù)工程師通過調(diào)風(fēng)燃燒器調(diào)節(jié)和供應(yīng)精確的空氣量以實現(xiàn)高效燃燒。過去的基礎(chǔ)調(diào)風(fēng)燃燒器都配有一套或兩套可調(diào)節(jié)的百葉窗式調(diào)節(jié)風(fēng)門或葉片，以優(yōu)化或控制助燃空氣在與燃料混合之前的旋轉(zhuǎn)。 空氣過少會導(dǎo)致不完全燃燒、積灰、冒煙和火焰不穩(wěn)定。過多的空氣則會從爐內(nèi)空間排出熱量而降低整體燃燒效率，這可能會增加硫沉積和“白煙”。 維修工程師也將調(diào)風(fēng)燃燒器作為一個方便的工具，來控制火焰成型或調(diào)整火焰寬度。這些燃燒器廣泛應(yīng)用于油和氣體燃料。針對燃氣，調(diào)風(fēng)燃燒器配有多個噴槍，更甚至有一個中心槍或一個環(huán)狀燃氣配件。針對燃油，則必須在調(diào)風(fēng)燃燒器的中心插入槍式燃燒器或霧化器。 燃燒器設(shè)計的變化 多年來，隨著燃燒器設(shè)計的變化，出現(xiàn)了更高效的燃燒器，這類燃燒器沒有采用文丘里型燃燒器那樣的對流百葉窗式的調(diào)節(jié)風(fēng)門。盡管新鍋爐技術(shù)在進步，但大多數(shù)燃燒器仍然需要穩(wěn)焰裝置，如燃燒器旋流器或擴散器。 如今，現(xiàn)代的調(diào)風(fēng)燃燒器被應(yīng)用于工業(yè)鍋爐中，用于精確控制和分配大量的助燃空氣，并在設(shè)計時兼顧了安全性和效率。 直到20世紀80年代初，大多數(shù)鍋爐都配置了開放煙道，用來排放工業(yè)設(shè)備的燃燒垃圾。鍋爐燃燒器的排放物是當時最大的安全隱患之一。這就需要通過各種方式減少NOx排放量，包括進行可能影響熱力型NOx水平的微小設(shè)計變更，如使用特殊的燃氣元件鉆孔模式。這促進了低NOx燃燒器的發(fā)展。 燃料轉(zhuǎn)換 分級燃燒 煙氣再循環(huán)（FGR） 低NOx燃燒器的安裝 選擇性催化還原（SCR）等 FGR（煙氣再循環(huán)） 超低NOx燃燒器 超低NOx燃燒器的主要功能是防止熱力型NOx或快速型NOx的產(chǎn)生。如今，美國擁有不同類型的超低NOx燃燒器設(shè)計，既適用于小型商業(yè)鍋爐，如火管鍋爐，也適用于大型工業(yè)水管鍋爐。使用的新鍋爐技術(shù)—這類燃燒器在燃燒前充分預(yù)混燃料和空氣，消除了大多數(shù)導(dǎo)致生成快速型NOx的富燃料區(qū)。 使用超低NOx燃燒器的優(yōu)點 它們有助于解決快速型NOx問題，同時也減少了熱力型NOx 減少由不受控制的NOx水平引起的主要運行問題 可與復(fù)雜的工業(yè)鍋爐控制集成，以實現(xiàn)更低的NOx水平 NOx排放量顯著減少 設(shè)計變更及其對NOx水平和排放的影響 多年來，已經(jīng)對不同的超低NOx燃燒器設(shè)計修改進行了測試，以確保更好地控制燃燒過程中的NOx含量。這些燃燒器包括新的鍋爐技術(shù)，如復(fù)雜的燃燒控制、更大的助燃風(fēng)機以引入更大量的FGR、使用擴展的網(wǎng)孔管、助燃空氣過濾器等。這些設(shè)計上的改變保證了小型和大型超低NOx燃燒器都能有效地抑制快速型NOx和熱力型NOx。 尾氣后端凈化 在過去的50年中，雖然在降低NOx方面做了很多工作，但煙囪氣體的后端凈化及其在降低NOx排放方面的作用基本上被忽視。慶幸的是使用選擇性催化還原（SCR）設(shè)計方面已取得了重大進展，這種設(shè)計有助于有效地實現(xiàn)大型工業(yè)燃氣鍋爐煙氣中的NOx水平低至個位數(shù)值，而無需依賴可將NOx降至個位數(shù)值的低NOx燃燒器和控制系統(tǒng)。 使用SCR降低NOx 選擇性催化還原（SCR）是一種NOx生成后控制技術(shù)，它使用特定的催化劑材料來幫助降低NOx水平，這種催化劑材料有助于NOx和氨之間的化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生水和氮氣。 盡管對于安裝成套SCR和其他鍋爐新型技術(shù)的成本、所用催化劑材料的使用壽命和維護成本等問題存疑，但大型工業(yè)鍋爐使用者仍采用SCR作為一種更有效的降低NOx策略，其NOx降低率高達95%。 特別是像加利福尼亞州，與使用SCR控制技術(shù)的燃燒器相比，其一直密切關(guān)注使用超低NOx燃燒器系統(tǒng)帶來的高耗能成本問題。 要旨 燃燒器制造商仍在開發(fā)更有效的燃燒理念和工業(yè)鍋爐控制技術(shù)，以有效降低NOx的排放。只要燃氣燃燒器為所有類型的工業(yè)鍋爐和熔爐提供能量，這種情況將繼續(xù)下去。使用重油和柴油的燃燒器在降低NOx方面構(gòu)成了巨大的挑戰(zhàn)。重質(zhì)燃料油中高濃度的結(jié)合態(tài)氮使得在現(xiàn)代成套鍋爐中任何切實可行的NOx降低成為了一項挑戰(zhàn)。 技術(shù)的持續(xù)改進 多年來，隨著鍋爐新技術(shù)的不斷改進，燃燒器管理和燃燒控制系統(tǒng)有助于降低NOx水平和鍋爐運行問題。這使得鍋爐的效率、耐久性、操作和維護更加容易。
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